Kotły z zamkniętą komorą spalania - instalacje

Przyczyną tego jest coraz większe zaawansowanie techniczne kotłów z zamkniętą komorą spalania, wysoka efektywność energetyczna oraz bezpieczeństwo i komfort użytkowania. Poza względami technicznymi i ekonomicznymi zastosowanie urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania jest najskuteczniejszą metodą eliminacji ryzyka zaczadzeń i poprawy komfortu użytkowania.

Kotły z zamkniętą komorą spalania są zazwyczaj wyposażone w wentylator znajdujący się w części powietrznej lub spalinowej. Dzięki układowi wentylatorowemu, możliwe było zastosowanie nowego typu kominów tj. przewodów powietrzno-spalinowych odprowadzających spaliny i jednocześnie dostarczających do komory spalania odpowiednią ilość powietrza, co praktycznie uniezależniło pracę kotła od konieczności pobierania wymaganej ilości powietrza spalania z mieszkania, tym samym ograniczając straty z tytułu wentylacji.

Oprócz poprawy bezpieczeństwa i warunków zdrowotnych mieszkańców (w tym także eliminacji czynników alergotwórczych) bardzo istotny jest fakt, iż nowoczesne urządzenia tego typu charakteryzują się wysoką efektywnością energetyczną (wstępne podgrzewanie powietrza w przewodzie powietrzno-spalinowym, wysokosprawne wymienniki ciepła, dostosowanie ilości pobieranej wody do potrzeb użytkownika). Skutkuje to znacznym obniżeniem zużycia gazu, co korzystnie wpływa na koszty eksploatacji oraz efekty ekologiczne (mniejsza emisja spalin do atmosfery). Inną zaletą takiego rozwiązania jest możliwość wykorzystania gazu w budynkach,
w których z uwagi na istniejące rozwiązania układów wentylacyjnych oraz odprowadzania spalin,
w świetle obowiązujących przepisów nie jest dopuszczalne stosowanie grzejników wody z otwartą komorą spalania.

Klasyfikacja
Urządzenia grzewcze z zamkniętą komorą spalania można podzielić na dwie podstawowe grupy konstrukcyjne :

• kotły pracujące bez kondensacji, oraz
• kotły kondensacyjne.

Charakterystyczną cechą kotłów  kondensacyjnych jest ich wysoka sprawność (dochodząca nawet do stu kilku procent), uzyskiwana dzięki odzyskowi ciepła skraplania pary wodnej zawartej w spalinach. Przy odpowiedniej konstrukcji wymiennika ciepła i niskiej temperaturze wody powracającej z układu grzewczego i wpływającej do kotła uzyskuje się częściowe, a nawet prawie całkowite wykroplenie pary wodnej ze spalin. Dzięki temu sprawność kotła odniesiona do wartości opałowej przekracza 100 %, co wynika z relacji ciepła spalania do wartości opałowej, która dla różnych rodzajów gazów wynosi 1,09 - 1,13 (dla gazu ziemnego wysokometanowego ok. 1,11).

Sprawność kotła kondensacyjnego nie jest stała i zależy od temperatury wody dopływającej do kotła (im niższa tym lepiej), która decyduje o strumieniu masy skraplającej się pary ze spalin. Dlatego też wspomnianą wysoką efektywność energetyczną dla tego typu urządzeń uzyskuje się jedynie w niskotemperaturowych instalacjach grzewczych. Urządzenia grzewcze z zamkniętą komorą spalania pracujące bez kondensacji nie są wyposażone w układy odzysku ciepła ze spalin, dlatego spaliny posiadają praktycznie taki sam skład i parametry, jak kotły atmosferyczne.

Sposoby doprowadzania powietrza do spalania i odprowadzania spalin do urządzeń typu C; 
rys 1 - przewód współosiowy (WSPS), rys.2 – układ rozdzielny (SPS).

Odprowadzanie spalin
Z punktu widzenia instalacji odprowadzenia spalin kotły kondensujące i tradycyjne mają odmienne konstrukcje. W kotłach pracujących bez kondensacji układ spalinowy należy tak zaprojektować, aby skropliny pojawiające się w przewodach spalinowych odprowadzić przed kotłem (elementy odkraplające), nie dopuszczając do przedostania się kondensatu do jego wnętrza. Przeciwnie, dla kotłów kondensacyjnych powstający kondensat w przewodach spalinowych sprowadza się na powrót do kotła. 
Poza tą podstawową różnicą układy spalinowe dla kotłów kondensacyjnych i tradycyjnych są dość podobne. W obu przypadkach doprowadzenie powietrza i odprowadzenie spalin realizuje się przewodami nadciśnieniowymi o szczelności minimum 200 Pa, wykonanymi z materiałów niepalnych. Szczelność połączeń poszczególnych elementów gwarantują uszczelki elastomerowe.

Spaliny i powietrze do kotłów odprowadza się:

• współosiowymi przewodami powietrzno-spalinowymi (WSPS),
• rozdzielnym systemem powietrznym i spalinowym (SPS).

Systemy powietrzno-spalinowe możliwe są do zastosowania zarówno w budownictwie jednorodzinnym, jak i budynkach wielokondygnacyjnych. Dzięki nadciśnieniu jakie wytwarza zamontowany w kotle wentylator w celu usunięcia spalin z komory spalania nie jest już konieczne korzystanie z tradycyjnych kominów, które pracują na zasadzie ciągu naturalnego. Zastosowanie takiego systemu odprowadzania spalin umożliwiło znaczne zmniejszenie średnic przewodów spalinowych do średnic 60-80 mm, dając projektantom nowe możliwości rozwiązywania konstrukcji kominów.

Wskazówki dla projektantów
W projektowaniu układów spalinowych należy zawsze korzystać z wytycznych producentów kotłów, którzy dla każdego z kotłów określają maksymalnie dopuszczalną wartość oporów przepływu spalin oraz powietrza w przewodach WSPS czy SPS. Z reguły, dla każdej  kształtki przewodu spalinowego i powietrznego zastosowanego przy konstrukcji instalacji spalinowej w instrukcji kotła określona jest pewna wartość liczbowa współczynnika oporu przepływu, których suma nie może przekraczać podanej przez producenta wielkości.
Nie można więc tak jak w przypadku kominów podciśnieniowych opracować uniwersalnego modelu obliczeniowego, gdyż parametry spalin i wartości oporów przepływu w kominie będą zasadniczo się zmieniały praktycznie w każdym kotle w zależności od wartości sprężu i wydajności zastosowanych układów wentylatorowych.

Przepisy
Zgodnie z obowiązującymi przepisami (Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 „w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” – DU nr 75 poz. 609 wraz z późniejszymi zmianami) przy projektowaniu i montowaniu systemów spalinowych należy przestrzegać  kliku podstawowych zasad:

Urządzenia gazowe z zamkniętą komorą spalania, przez co rozumie się urządzenia typu C, mogą być instalowane w pomieszczeniach mieszkalnych, niezależnie od rodzaju występującej w nich wentylacji, pod warunkiem zastosowania koncentrycznych przewodów powietrzno-spalinowych [WSPS-przyp. aut.], z zachowaniem wymagań § 175 (par. 170 Rozporządzenia).

(...) 3. Dopuszcza się stosowanie zbiorczych przewodów systemów powietrzno-spalinowych przystosowanych do pracy z urządzeniami z zamkniętą komorą spalania, wyposażonymi w zabezpieczenia przed zanikiem ciągu kominowego.    

(...) 4. Dopuszcza się stosowanie indywidualnych przewodów powietrznych i spalinowych jako zestawu wyrobów służących do doprowadzenia powietrza do urządzenia grzewczego i odprowadzenia spalin na zewnątrz.

(...) 5. Dopuszcza się w pomieszczeniu kotłowni przyłączenie kilku kotłów do wspólnego kanału spalinowego w przypadku: (...) wykonania dla kotłów z palnikami nadmuchowymi przewodu spalinowego o przekroju poprzecznym nie mniejszym niż 1,6 sumy przekrojów odprowadzających spaliny z poszczególnych kotłów, a także wyposażenie wylotu przewodu spalinowego w czujnik zaniku ciągu kominowego, wyłączającego równocześnie wszystkie kotły (par. 174 Rozporządzenia).

I dalej:

(...) 1. Indywidualne koncentryczne przewody powietrzno-spalinowe lub oddzielne przewody powietrzne i spalinowe od urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania mogą być wyprowadzone przez zewnętrzną ścianę budynku, jeżeli urządzenia te mają nominalną moc cieplną nie większą niż:
1) 21 kW – w wolno stojących budynkach jednorodzinnych, zagrodowych i rekreacji  indywidualnej,
2) 5 kW – w pozostałych budynkach mieszkalnych.

2. Wyloty przewodów, (...) powinny znajdować się wyżej niż 2,5 m ponad poziomem terenu.
3. Odległość między wylotami przewodów … powinna być nie mniejsza niż 3 m, a odległość tych wylotów od najbliższej krawędzi okien i ryzalitów przesłaniających nie mniejsza niż 0,5 m. (par. 175 Rozporządzenia).

I dalej:

1. Przewody spalinowe i dymowe powinny być wykonane z materiałów niepalnych.
2. Przewody lub obudowa przewodów spalinowych i dymowych powinny spełniać wymagania określone w Polskiej Normie dotyczącej badań ogniowych małych kominów. (par. 266 Rozporządzenia).

Przy projektowaniu instalacji spalinowych należy pamiętać jeszcze o zapisach dotyczących wentylacji określonych w Rozporządzeniu. Pomimo, że Rozporządzenie w § 170 mówi, że kotły z zamkniętą komorą spalania można montować w pomieszczeniach bez wentylacji, gdy do odprowadzania spalin użyte zostaną przewody współosiowe WSPS, to jednak § 147 pkt 2 mówi, że „(...) wentylację mechaniczną lub grawitacyjną należy zapewnić w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi (...) a także w pomieszczeniach, w których ze względów zdrowotnych (...) lub bezpieczeństwa konieczne jest zapewnienie wymiany powietrza (...)”. Warto więc przed podjęciem decyzji o lokalizacji kotła zasięgnąć opinii Inspektora Nadzoru Budowlanego.